淺談小水電站的技改措施

向宏武

摘 要：從國(guó)內(nèi)外已運(yùn)行多年的水電站的情況看，老電站逐漸暴露出自身的一些隱患和缺陷，影響電站的運(yùn)行可靠性、利用率和效益。因此，對(duì)已運(yùn)行了多年的小水電站進(jìn)行增容和改造，勢(shì)在必行，本文分析研究了小水電站的技改措施。

關(guān)鍵詞：水電站；技改；措施

中圖分類號(hào)：TV737 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）13-0155-02

小水電的發(fā)展帶動(dòng)了工業(yè)、農(nóng)業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的提高。今天小水電的開(kāi)發(fā)，已進(jìn)入更新改造時(shí)期，如何利用好現(xiàn)有的設(shè)施設(shè)備，是一個(gè)我們今后工作中亟待解決的問(wèn)題。

1 水電站存在的問(wèn)題

主要存在的問(wèn)題有：機(jī)組設(shè)備老化、效率低；機(jī)組設(shè)計(jì)不合理，進(jìn)水流量不符合現(xiàn)有水流；大壩滲漏嚴(yán)重，缺乏調(diào)蓄能力，威脅大壩及水電站安全等。職能主管部門(mén)宣傳教育、監(jiān)管力度不夠，沒(méi)有很好地宣傳引導(dǎo)，使小水電建設(shè)有序進(jìn)行，小水電站的安全運(yùn)行管理有序規(guī)范。水電站追求最大經(jīng)濟(jì)利益，安全生產(chǎn)意識(shí)差、安全投入少是存在較多安全隱患的重要原因。安全隱患最多的電站是二十世紀(jì)六十至七十年代建造的集體小水電站，這些電站原設(shè)計(jì)不是很規(guī)范，設(shè)備落后陳舊，能耗高，大多數(shù)已到報(bào)廢年限，單純追求經(jīng)濟(jì)利益，舍不得投入改造資金，存在麻痹思想，安全意識(shí)差，極易發(fā)生事故。

2 小水電站的技改措施

2.1 做好技術(shù)改造規(guī)劃

技術(shù)改造，可以提高小水電的調(diào)節(jié)能力，提高保障能力。積極引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)設(shè)備，提升科技含量，以科技進(jìn)步促進(jìn)小水電發(fā)展，達(dá)到低投資，高收益的成效。因此，我們必須充分認(rèn)識(shí)到小水電技術(shù)改造的重要性，引導(dǎo)企業(yè)和社會(huì)資本投資小水電的技術(shù)改造。同時(shí)加強(qiáng)對(duì)企業(yè)技術(shù)改造資金的管理，要嚴(yán)格技術(shù)改造資金使用方向，不允許挪作他用，要加強(qiáng)對(duì)資金合理使用的監(jiān)督管理工作[1]。

技術(shù)改造的組織管理工作包括：制定企業(yè)技術(shù)改造規(guī)劃，企業(yè)技術(shù)改造規(guī)劃應(yīng)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)總體規(guī)劃指導(dǎo)下，按照行業(yè)和地區(qū)規(guī)劃要求，結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況，規(guī)劃企業(yè)在一定時(shí)期技術(shù)改造的方向、規(guī)模、重點(diǎn)項(xiàng)目、資金和物資來(lái)源與應(yīng)用；預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益以及各項(xiàng)目之間的相互協(xié)調(diào)和銜接。

我局是一個(gè)擁有15宗小水電站的發(fā)電系統(tǒng)，共裝機(jī)34臺(tái)，總?cè)萘?1910千瓦。多數(shù)電站建設(shè)期在60年代末至80年代初，部分電站從90年代開(kāi)始相續(xù)出現(xiàn)設(shè)備老化、水庫(kù)病險(xiǎn)等一系列問(wèn)題。從90年代開(kāi)始，我局逐步對(duì)各電站列出機(jī)組設(shè)備改造計(jì)劃和水庫(kù)除險(xiǎn)加固計(jì)劃，并聘請(qǐng)專業(yè)的科研院所進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，如先后聘請(qǐng)中國(guó)水電科學(xué)研究院、水利部珠江水利委員會(huì)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院等部門(mén)對(duì)我局各電站進(jìn)行考察評(píng)估和設(shè)計(jì)，后期組織改造實(shí)施均取得良好成效。

2.2 更換轉(zhuǎn)輪方案

水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪是水電站實(shí)現(xiàn)水能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的關(guān)鍵部件，不同的水頭，不同的流量就要用不同型號(hào)的轉(zhuǎn)輪。而且同一只轉(zhuǎn)輪在過(guò)流量發(fā)生變化時(shí)其效率也發(fā)生變化，如果轉(zhuǎn)輪選擇失誤，即會(huì)導(dǎo)致效率下降，不但不能提高電站經(jīng)濟(jì)效益，反而會(huì)帶來(lái)一些負(fù)面影響，如發(fā)生振動(dòng)、氣蝕等[2]。

近年來(lái)水輪機(jī)的技術(shù)進(jìn)步突出的表現(xiàn)在：水輪機(jī)效率大幅度提高，最高效率提高3%左右，高效率區(qū)擴(kuò)大，選擇一個(gè)好的轉(zhuǎn)輪可以使得整個(gè)機(jī)組在額定出力50%-100%范圍內(nèi)水輪機(jī)可在90%-95%高效率區(qū)運(yùn)行，綜合運(yùn)行效率提高4%以上。水輪機(jī)的單位流量明顯提高，一般可提高10%以上，發(fā)電出力也可提高10%以上。同時(shí)轉(zhuǎn)輪的空蝕損壞減輕，轉(zhuǎn)輪的空蝕系數(shù)有所下降，新轉(zhuǎn)輪多為抗空蝕性能好的不銹鋼制造，因此空蝕損壞都能達(dá)到國(guó)標(biāo)要求。對(duì)那些運(yùn)行年限較長(zhǎng)的水輪機(jī)在進(jìn)行技術(shù)改造時(shí)，在更換一臺(tái)合適的新轉(zhuǎn)輪外，其它過(guò)流部件除非由于磨損需要更換外，一般仍保留原樣，因此投入不大。

在規(guī)劃整個(gè)機(jī)組的改造時(shí)，首先要選擇專業(yè)性強(qiáng)的科研院所對(duì)需改造的機(jī)組進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，制定可行性方案和經(jīng)濟(jì)分析比較并審核通過(guò)，然后與制造廠家聯(lián)系，按照設(shè)計(jì)要求制造新轉(zhuǎn)輪。但對(duì)那些較大型的機(jī)組，由于長(zhǎng)年運(yùn)行暴露出一些重大缺陷，如使用年限長(zhǎng)、運(yùn)行不穩(wěn)定、效率太低、磨損或空蝕嚴(yán)重等，有時(shí)為了徹底解決機(jī)組隱患和缺陷，也可以考慮重新設(shè)計(jì)整臺(tái)更新，更新使其成為一臺(tái)運(yùn)行穩(wěn)定、高效率的機(jī)組。為了減少停機(jī)檢修時(shí)間和改善檢修的工作環(huán)境，也可采用更換易損部件備品的檢修方式，即停機(jī)檢修期把備用轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)葉等拆裝換新，在修配車間修補(bǔ)磨損的部件，以備下次檢修使用。

近十多年來(lái)，我局對(duì)所管轄的15宗電站中的11宗電站共20臺(tái)機(jī)組進(jìn)行了轉(zhuǎn)輪增容技改，特意邀請(qǐng)中國(guó)水電科學(xué)研究院進(jìn)行技術(shù)改造的可行性分析、設(shè)計(jì)及改造實(shí)施，轉(zhuǎn)輪全部改造成不銹鋼材質(zhì)；通過(guò)技術(shù)改造，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，抗空蝕能力大大增強(qiáng)，運(yùn)行十多年的機(jī)組，在機(jī)修期間拆卸檢查發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪葉片光滑，沒(méi)有出現(xiàn)很大磨損。同時(shí)，改造的20臺(tái)機(jī)組單機(jī)發(fā)電效益分別增加8-13%，年均增加發(fā)電量近600萬(wàn)度，年均增加收入約200萬(wàn)元，技術(shù)改造的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益非常明顯。

2.3 發(fā)電機(jī)改造

水輪發(fā)電機(jī)經(jīng)過(guò)二三十年的運(yùn)行，出現(xiàn)發(fā)電機(jī)線圈絕緣老化局部擊穿、線圈局部溫度升高、硅鋼片局部層間絕緣老化渦流增大發(fā)熱、轉(zhuǎn)子線圈扎間短路、滑環(huán)冒火等缺陷和隱患，造成出力不足，停機(jī)檢修時(shí)間長(zhǎng)，嚴(yán)重影響運(yùn)行安全。在對(duì)一些老電站進(jìn)行改造時(shí)，可通過(guò)更換機(jī)組線圈、整臺(tái)機(jī)組更換或配合轉(zhuǎn)輪更新擴(kuò)容更換發(fā)電機(jī)組的模式進(jìn)行發(fā)電機(jī)技術(shù)改造，同時(shí)可改變機(jī)組散熱風(fēng)扇，提高軸向和徑向風(fēng)力，并合理分配風(fēng)道，利用新技術(shù)有效地降低風(fēng)阻，提高冷卻效果，使機(jī)組能夠滿載，溫升也在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)[3]。

不同電站的技術(shù)改造應(yīng)根據(jù)電站具體情況具體分析，進(jìn)行可行性研究，我局在發(fā)電機(jī)組改造中，充分利用原設(shè)備的基礎(chǔ)，對(duì)全局達(dá)到運(yùn)行年限及有擴(kuò)容空間的24臺(tái)發(fā)電機(jī)組分類進(jìn)行改造，對(duì)其中17臺(tái)機(jī)組分別更換定、轉(zhuǎn)子線圈，對(duì)另外7臺(tái)機(jī)組進(jìn)行擴(kuò)容改造，更換新增容發(fā)電機(jī)3臺(tái)，4臺(tái)機(jī)組增容更換線圈。經(jīng)過(guò)改造，均達(dá)到預(yù)期的效果，機(jī)組運(yùn)行更加穩(wěn)定，故障和事故檢修幾率大大降低，發(fā)電效益明顯提高。在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行機(jī)組改造，以較少的投資，收獲了較高的收益。

2.4 主變壓器的改造

水電站的發(fā)電機(jī)組通常是經(jīng)主變升壓后與電網(wǎng)相連接，小水電站老舊主變壓器因運(yùn)行年限長(zhǎng)、損耗大，存在很大隱患。（1）變壓器溫升提高、絕緣加速老化，絕緣薄弱環(huán)節(jié)容易擊穿；（2）難以發(fā)足無(wú)功功率，并影響機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性，影響經(jīng)濟(jì)效益；（3）能耗大，且運(yùn)行年久老化，時(shí)常出現(xiàn)故障影響正常發(fā)電，需要及時(shí)更新、改造。改造變壓器時(shí)應(yīng)采用低損耗的升壓變壓器，同時(shí)變壓器容量選擇也應(yīng)該配套機(jī)組轉(zhuǎn)輪、發(fā)電機(jī)的增容技改，以真正達(dá)到機(jī)組技改增容的效果。

2.5 勵(lì)磁系統(tǒng)改造

要使發(fā)電機(jī)安全和穩(wěn)定地運(yùn)行，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的性能是關(guān)鍵，早些年投入使用的三次諧波式、相復(fù)勵(lì)變壓器式、雙繞組電抗分流式、可控硅半波整流等幾種勵(lì)磁裝置，由于調(diào)節(jié)性能差，易引起振蕩，不適應(yīng)機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行。同時(shí)由于無(wú)功出力不足，在對(duì)電站力率考核時(shí)，需賠付較大的無(wú)功電費(fèi)，嚴(yán)重影響電站經(jīng)濟(jì)收入。因此很有必要改造勵(lì)磁方式，增加無(wú)功出力，保證安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

勵(lì)磁裝置的改造應(yīng)根據(jù)原有勵(lì)磁方式進(jìn)行改造，改造后要保證性能良好、空載電壓調(diào)節(jié)范圍寬，并網(wǎng)后運(yùn)行穩(wěn)定，無(wú)功功率調(diào)節(jié)方便。如我局的南豐電站（2×10000kw）、和慶電站（3×1250kw），原勵(lì)磁方式均采用勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁，運(yùn)行中故障多，勵(lì)磁不夠，后期全部改造成可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)；同時(shí)，我局其它13宗電站也全部將老舊勵(lì)磁系統(tǒng)更新改造為可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)，保證了安全穩(wěn)定運(yùn)行，有效解決了無(wú)功出力不足的缺陷，每年相應(yīng)少賠付約20萬(wàn)元左右無(wú)功電費(fèi)，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。

2.6 調(diào)速系統(tǒng)的改造

并網(wǎng)運(yùn)行的小水電站一般不參與系統(tǒng)調(diào)頻，調(diào)速器僅作用于正常開(kāi)、停機(jī)、調(diào)節(jié)正常有功負(fù)荷以及事故停機(jī)。所以早期建設(shè)的小水電站普遍采用手、電兩用電動(dòng)調(diào)速器及機(jī)械液壓調(diào)速器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資省，操作與維護(hù)簡(jiǎn)單。但是存在問(wèn)題是：（1）電動(dòng)調(diào)速器如果與可控硅勵(lì)磁裝置配合，則因?yàn)槭鹿释C(jī)時(shí)發(fā)電機(jī)主開(kāi)關(guān)聯(lián)動(dòng)跳滅磁開(kāi)關(guān)，發(fā)電機(jī)沒(méi)有機(jī)端電壓，其電動(dòng)調(diào)速器失去操作電源無(wú)法關(guān)機(jī)，容易造成飛車事故。（2）機(jī)械液壓調(diào)速器隨著科技發(fā)展已屬淘汰產(chǎn)品，因無(wú)相應(yīng)配件更換、維修工作量大已無(wú)法適應(yīng)機(jī)組運(yùn)行需求。

根據(jù)以上缺陷，必須更新改造調(diào)速系統(tǒng)，具備條件的均應(yīng)該更換智能化高、性能可靠、維護(hù)方便簡(jiǎn)單的微機(jī)調(diào)速器。近年來(lái)，我局分別采用整臺(tái)更換微機(jī)調(diào)速器和利用舊機(jī)械液壓調(diào)速器改造成微機(jī)調(diào)速器的模式，對(duì)全局所轄電站調(diào)速器更新改造成智能微機(jī)調(diào)速器，智能微機(jī)調(diào)速器采用交直流雙電源供電，安全性、可靠性都非常高，實(shí)際運(yùn)行效果非常好。

2.7 水庫(kù)除險(xiǎn)加固、提高調(diào)蓄能力

小水電站多為徑流電站，同時(shí)也相應(yīng)建有水庫(kù)或前池用于蓄水發(fā)電。因?yàn)槲覈?guó)大多數(shù)水庫(kù)建于50年代末和60年代初，許多水庫(kù)存在著防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低，達(dá)不到有關(guān)規(guī)范、規(guī)定要求，以及工程本身質(zhì)量差，工程老化失修等問(wèn)題，形成了大量的病險(xiǎn)水庫(kù)。許多病險(xiǎn)水庫(kù)因存在的安全隱患，汛期只能降低水位運(yùn)行，調(diào)蓄能力大減；有些險(xiǎn)庫(kù)淤積嚴(yán)重，直接影響其效益的進(jìn)一步發(fā)揮。有些病險(xiǎn)水庫(kù)，只要采取一些投資不大的工程措施，就可新增部分庫(kù)容和恢復(fù)庫(kù)容。在水庫(kù)的病險(xiǎn)得到有效排除的前提下，提高水庫(kù)的安全級(jí)別和使用年限，發(fā)揮水庫(kù)自身經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

近十多年來(lái)，我局針對(duì)1958年至60年度興建的1座大一型水庫(kù)、2座中型水庫(kù)、2座小型水庫(kù)共5座水庫(kù)分別進(jìn)行了除險(xiǎn)加固，有效提高了水庫(kù)安全運(yùn)行系數(shù)，恢復(fù)了庫(kù)容，提高了運(yùn)行水位，電站發(fā)電量和經(jīng)濟(jì)收入明顯增加。

2.8 改廢立新、實(shí)行電站恢復(fù)

近年來(lái)，小水電造價(jià)每千瓦已為8000元左右，小水電建設(shè)資金嚴(yán)重不足，個(gè)別電站因電網(wǎng)延伸供電而報(bào)廢的小型電站機(jī)組設(shè)備尚可利用，水工設(shè)施亦較為完整，只需適當(dāng)改造并增加并網(wǎng)所必須的設(shè)備即可并網(wǎng)發(fā)電。經(jīng)分析測(cè)算，恢復(fù)電站每千瓦投資在2000元以下。特別是邊遠(yuǎn)地區(qū)電網(wǎng)電力不保障、可靠性不高，為解決鄉(xiāng)村供電具有較大意義。

3 結(jié)語(yǔ)

小水電的技術(shù)更新改造，首先是更新將要達(dá)到使用年限或設(shè)計(jì)不合理，影響穩(wěn)定運(yùn)行的機(jī)電設(shè)備；修復(fù)運(yùn)行年限長(zhǎng)、不符合運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的水庫(kù)、水工建筑物。因此，電站的技術(shù)更新改造，不僅是在原來(lái)的技術(shù)水平上更新改造，同時(shí)是水力資源重新配置及合理利用、環(huán)境保護(hù)與電力市場(chǎng)需求等問(wèn)題，尋求適應(yīng)不斷發(fā)展的社會(huì)經(jīng)濟(jì)的新需要。從這個(gè)角度看小水電站的技術(shù)更新改造就要以社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水電的要求為動(dòng)力，以先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)為依托，采取多種綜合技術(shù)措施，達(dá)到節(jié)省資金，見(jiàn)效快捷，提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。

參考文獻(xiàn)

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